IPv4 и IPv6 - в чем разница?

Взаимодействие в обширной экосистеме интернета основано на протоколах и стандартах, ключевым из которых является Internet Protocol (IP). IP имеет разные версии, среди которых IPv4 и IPv6 занимают особое место, фактически являясь единственными прижившимися и распространенными версиями. Понимание различий между этими двумя типами протоколов крайне важно для более эффективной работы в сети в условиях быстро меняющейся сферы интернет-технологий. В этой статье мы рассмотрим различия между IPv4 и IPv6, чтобы лучше понять их положение в современном нетворкинге.

Internet Protocol (IP)

Internet Protocol (IP) действует как набор правил, которые позволяют направлять пакеты данных внутри сетей, обеспечивая их успешную передачу в нужное место назначения. Конкретно, когда любая информация передается компьютером, она разбивается на пакеты — меньшие единицы информации. Стандартный IP-пакет состоит из двух частей - заголовка (управляющей информации) и тела (полезной нагрузки - данных, передаваемых пользователем).

Еще одним ключевым аспектом IP является то, что каждому устройству или домену, доступному в сети, присваивается уникальный IP-адрес, который отличает его от всех остальных. Инструменты, такие как «What’s My IP Address?», показывают IP-адрес устройства отправителя и его приблизительное физическое местоположение в случаях, если не используется VPN. Обычный IP-адрес устройства может быть представлен, например, в формате 192.168.10.100. Поскольку каждое устройство может иметь уникальный IP, это помогает сетям отличать их друг от друга и эффективно распределять пакеты данных.

IPv4

Internet Protocol версии 4 (IPv4), четвертый в линии развития, представляет собой самый распространенный стандарт IP, регулирующий деятельность компьютерных сетей, работающих на основе идеи обмена пакетами. Эта версия позволяет идентифицировать конечное устройство, подключенное к сети, с использованием собственной системы уникальных адресов. Когда компьютер, сервер или коммутатор подключается к сети, он получает свой собственный числовой IP-адрес. Стандартный IP адрес состоит из 4 чисел (октетов), разделенных точками, например - 192.47.10.182. Система адресации использует 32-битную схему, что позволяет задействовать 2^32 адресов, что эквивалентно 4,29 миллиардам адресов.

Заголовок пакета IPv4 содержит в себе от 20 до 60 байт информации и имеет структуру с 14 полями: Версия (Version), Размер заголовка (Internet Header Length, IHL), Тип обслуживания (Type of Service, ToS), Указатель перегрузки (Explicit Congestion Notification, ECN), Размер пакета (Total Length), Идентификатор (Identification), Флаги (Flags), Смещение фрагмента (Fragment Offset), Время жизни (Time to Live, TTL) пакета, Протокол (Protocol), Контрольная сумма заголовка (Header Checksum), Адрес источника (Source Address), Адрес назначения (Destination Address) и Дополнительные опции (Options). Каждое поле содержит определенную информацию, необходимую для передачи данных по технологии IPv4. Максимальный размер пакета IPv4 теоретически равняется 65535 байтам, но из-за иных ограничений в большинстве случаев гораздо меньше.

Преимущества IPv4

• — Широкая поддержка и совместимость: IPv4 используется с 1980-х годов, и подавляющее большинство сетевого оборудования, программного обеспечения и приложений полностью поддерживают IPv4. Многие старые устройства и системы могут не поддерживать более современный IPv6, что делает IPv4 более универсальным в текущих условиях.
• — Простота настройки и управления: IPv4 проще в настройке и управлении для небольших сетей, так как он не требует сложных механизмов конфигурации или поддержки расширенных заголовков. Опытные администраторы сетей имеют многолетний опыт работы с IPv4, что делает его более привычным и понятным.

Исчерпание IPv4

В мире сейчас проживают более 8 миллиардов человек и зачастую каждый из них использует более одного устройства, подключенного к интернету, и их число продолжает расти. Даже с учетом 4 миллиардов адресов, предоставляемых IPv4, их недостаточно для нумерации всех интернет-устройств по всему миру. Это привело к необходимости внедрения различных технологий: сетевых масок переменной длины (VLSM), преобразования сетевых адресов (NAT), трансляции порт-адресов (PAT) и бесклассовой адресация (CIRM). Все они предназначены для сохранения пропускной способности IP-адресов и отсрочки исчерпания адресного пространства. Эти технологии значительно помогли справиться с ограничениями IPv4, но даже их в конечном итоге оказалось недостаточно, что привело к становлению IPv6 в качестве более масштабной альтернативы IPv4.

IPv6

IPv6 был разработан в связи с исчерпанием возможностей расширения существующих адресов. В качестве замены IPv4, IPv6 не только позволил справиться с ограничением числа IP-адресов, но и существенно упростил архитектуру сети, снизил нагрузку на сетевые устройства и ввел новые средства для поддержки безопасности. IPv6 использует 128-битные IP-адреса и охватывает гораздо большее число возможных адресов - более 300 ундециллионов (единица с 36 нулями). Стандартный адрес стандарта IPv6 состоит из 8 наборов по 4 символа, разделенных двоеточиями. Пример IPv6-адреса: 9331:58fe:7312:8ee4:b3a2:c7e3:3366:43d5.

Заголовок IPv6 имеет фиксированный размер - ровно 40 байт. В отличие от IPv4, заголовок пакета IPv6 содержит всего 8 основных полей: Версия (Version), Приоритет пакета (Traffic Class), Метка потока (Flow Label), Длина полезной нагрузки (Payload Length), Следующий заголовок (Next Header), Предел перехода (Hop Limit, аналог TTL), Адрес источника (Source Address) и Адрес назначения (Destination Address). В пакетах IPv6 могут присутствовать расширенные заголовки, предоставляющие дополнительную информацию и размещающиеся между фиксированным (основным) заголовком и телом пакета. Базовый максимальный размер пакета IPv6 аналогичен таковому в IPv4, но может быть значительно увеличен благодаря расширенному заголовку Hop-By-Hop options.

Преимущества IPv6

• — Расширенное адресное пространство: IPv6 использует 128-битные адреса, что позволяет создать огромное количество уникальных адресов. Это решает проблему нехватки IP-адресов, которая характерна для IPv4 (где используется только 32-битное адресное пространство).
• — Упрощенный и эффективный заголовок: Заголовок пакетов IPv6 упрощен по сравнению с IPv4. Некоторые поля, такие как контрольная сумма и фрагментация, были удалены, что ускоряет обработку пакетов маршрутизаторами. Поддержка расширений заголовка позволяет добавлять новые функции без изменения основной структуры пакета.
• — Автоконфигурация адресов: IPv6 поддерживает Stateless Address Autoconfiguration (SLAAC), что позволяет устройствам автоматически настраивать свои IP-адреса без необходимости DHCP-сервера. Это упрощает подключение устройств к сети и снижает нагрузку на администраторов.
• — Встроенная поддержка безопасности (IPsec): В IPv6 интегрирован протокол IPsec (Internet Protocol Security), который обеспечивает шифрование, аутентификацию и защиту данных на уровне IP. В IPv4 IPsec является дополнительной опцией, что делает его менее распространенным и более сложным в настройке.

Перспективы IPv6

Несмотря на различные технологические нововведения IPv6, переход на него происходит медленно и неравномерно, а большая часть интернета все еще работает на IPv4 за счет его простоты и широкой поддержки. Внедрение IPv6 может оказаться затруднительным процессом, требующим обновления инфраструктуры и обучения персонала. За счет этого IPv4 сохраняет свою актуальность, особенно в условиях, где поддержка IPv6 отсутствует или ограничена.

Тем не менее, IPv6 уже становится стандартом в тех отраслях, где современные сетевые технологии и оборудование приносят выгоду - например, у интернет-провайдеров, крупных международных организаций и производителей мобильных устройств. Большинство серверов актуальных поколений, таких как Huawei RH1288 V5, Dell R640 и HPE DL360 Gen10, уже поддерживают IPv6. Мы настоятельно рекомендуем использовать IPv6 в проектировании дизайна сети, так как в дальнейшем это значительно снизит затраты при переходе на него с IPv4. За IPv6 - будущее!